(57)【要約】      （修正有）【課題】電極をクリーニングする際、大気開放せずに電極及び電極周辺の隔壁を自動クリーニングするリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）装置のクリーニング方法およびリアクティブエッチング装置の提供。【解決手段】真空中に基材１０（クリーニング時は排出）と対向する電極０１と電極０１に対向する接地電極０２が配置され、電極近傍にアルゴンガスを導入し、高周波を印加する。電極０１，０２の間隙を昇降機構０５および調芯機構０６で広げることにより電極０１の対向電極の面積は接地電極０２と、接地された隔壁０７を含むことになり両電極の面積比が変化する。結果、基材近傍および対向電極近傍に印加されるセルフバイアス値が調整され、付着した汚染物質をスパッタリングにより取り除く。【選択図】図１
2007265727.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空中に基材と対向する電極とこの電極に対向する電極が配置され、電極近傍にガスを導入し、高周波を印加することでイオン化されたガスを基材に照射させることでエッチングを行なうリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）装置の電極のクリーニング方法であって、
前記基材と対向する電極の距離を調整することで、両電極の面積比を変化させ、基材近傍、および対向電極近傍に印加されるセルフバイアス値を調整し、電極に付着した汚染物質をスパッタリングにより取り除くことを特徴とするリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）装置のクリーニング方法。
【請求項２】
前記電極近傍に導入するガスがアルゴン、ネオン、ヘリウム、クリプトン、キセノンの不活性ガスであることを特徴とする請求項１に記載のリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）装置のクリーニング方法。
【請求項３】
二つの対向電極の少なくとも一方を真空中で昇降させる機構と、電極間の間隙を位置調整できる調芯機構を具備したリアクティブイオンエッチング装置において、基材が配置されている電極面積Ｓ１と対向する電極面積Ｓ２の面積比率Ｋ（Ｋ＝Ｓ１／Ｓ２  ）が０．０１〜１００の間に調整できることを特徴とする請求項１に記載のリアクティブエッチング装置。
【請求項４】
真空中に配置された二つの対向電極の電極表面がクロム、鉄、ニッケル、チタン、モリブデン、タングステンのいずれかの一種類の材質から構成され、その表面粗さ（Ｒｍａｘ）が２００Ｓ以下の範囲であることを特徴とする請求項３に記載のリアクティブエッチング装置。
【請求項５】
前記基材と対向する電極が電気的にアース接地されていることを特徴とする請求項３又は４記載のリアクティブエッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空中に配置された基材や基材上に形成された薄膜表面にプラズマ化されたイオンを照射させて表面をエッチングするリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）装置のクリーニング方法およびリアクティブエッチング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、真空中で基材をエッチングする（削る）と、基材由来の汚染物質（パーティクル）が発生する。
【０００３】
前記汚染物質は微小な粒子で、真空槽内を浮遊する。このため、その大部分は排気装置によって取り除かれる。
【０００４】
しかし、二つの対向電極間の距離が狭い装置においては、スパッタされた粒子のエネルギーが対向する電極や電極近傍の壁面に衝突して付着する。そして、汚染物が付着すると、電極表面の一部が絶縁化し、対極が明確でなくなることから整合回路に負荷がかかる。
【０００５】
そして、放電状態が不安定に成ったり、プラズマのエネルギーが基材表面に注入されなくなり、表面処理プロセスに悪影響を与える。これらを回避するために、電極周りをクリーニングする作業が必要となっている。
【０００６】
従来、電極をクリーニングするには以下のプロセスからなる。まず、真空チャンバを大気開放し、電極等の内部構造物を大気中に暴露する。そして、電極を取り外して、酸化珪素や酸化アルミニウムからなるビーズを電極表面に高速噴射させて電極に付着している汚れを取り除く。
【０００７】
その後、純水やアルコ−ルなどを付けた布で電極表面を拭いて脱脂処理を行った後、取り付け作業中に再度電極が汚れないように注意しながら位置決め締結する。
【０００８】
さらに、その後、真空排気を行い、一定の時間低電力で高周波放電させ、電極表面に内在する突起物をプラズマで除去する。
【０００９】
また、エッチング作業が再開できるまで安定した放電状態を得るには、上述の一連の作業を順次行う必要があるため、多大な間接時間を費やす。そして、特に、生産設備などの生産効率が著しく低下する。
【００１０】
また、基材の表面状態や材質および処理度合いに、電極の汚染の進行具合が依存するため、電極の状態を適宜管理しながらクリーニングのタイミングを見極める必要がある。
【００１１】
さらに、一度電極を取り外すことにより、取り外し前と同じ条件でも、締結時に発生する接触抵抗値が異なるなどの理由から、整合回路での状態が洗浄後に毎回変化する。そして、洗浄前後でのプロセス条件が安定せず、作業者を悩ませている。
【００１２】
このため、上記問題を解決するためにプラズマ発生電極と基材支持体との隙間が変更可能なプラズマ処理装置（例えば、特許文献１参照。）が知られている。
【００１３】
このプラズマ処理装置１００は図３に示すようにプラズマ発生電極１０１と基材支持体
１０４がチャンバ１０５内に収納される構造となっている。
【００１４】
そして、プラズマ発生電極と基材支持体は平行となっているがその間の距離はプラズマ発生状態においても調整可能となっている。また、基材支持体の上に処理すべき基材１０３を支持することが可能な構造となっている。
【００１５】
以下に先行技術文献を示す。
【特許文献１】特開２００５−０９４５２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、上記のプラズマ処理装置は基材が基材支持体上を移動するために汚染物質が生じ易く、クリーニング作業を頻繁に行なわなければ成らないという問題がある。そして安定して、エッチング処理を施すことが出来ないという問題がある。
【００１７】
さらに、電極および電極周辺の隔壁を自動クリーニングすることが難しいという問題がある。
【００１８】
本発明は、このような従来技術の問題点を解決しようとするものであり、電極をクリーニングする際に、大気開放せずに電極および電極周辺の隔壁を自動クリーニングする機構によりクリーニングすることができ、常に安定したエッチング処理が施せるリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）装置のクリーニング方法およびリアクティブエッチング装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記問題点を解決するために、本発明の請求項１に係る発明は、
真空中に基材と対向する電極とこの電極に対向する電極が配置され、電極近傍にガスを導入し、高周波を印加することでイオン化されたガスを基材に照射させることでエッチングを行なうリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）装置の電極のクリーニング方法であって、
前記基材と対向する電極の距離を調整することで、両電極の面積比を変化させ、基材近傍、および対向電極近傍に印加されるセルフバイアス値を調整し、電極に付着した汚染物質をスパッタリングにより取り除くことを特徴とするリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）装置のクリーニング方法である。
【００２０】
次に、本発明の請求項２に係る発明は、
前記電極近傍に導入するガスがアルゴン、ネオン、ヘリウム、クリプトン、キセノンの不活性ガスであることを特徴とする請求項１に記載のリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）装置のクリーニング方法である。
【００２１】
次に、本発明の請求項３に係る発明は、
二つの対向電極の少なくとも一方を真空中で昇降させる機構と、電極間の間隙を位置調整できる調芯機構を具備したリアクティブイオンエッチング装置において、基材が配置されている電極面積Ｓ１と対向する電極面積Ｓ２の面積比率Ｋ（Ｋ＝Ｓ１／Ｓ２  ）が０．０１〜１００の間に調整できることを特徴とする請求項１に記載のリアクティブエッチング装置である。
【００２２】
次に、本発明の請求項４に係る発明は、
真空中に配置された二つの対向電極の電極表面がクロム、鉄、ニッケル、チタン、モリ
ブデン、タングステンのいずれかの一種類の材質から構成され、その表面粗さ（Ｒｍａｘ）が２００Ｓ以下の範囲であることを特徴とする請求項３に記載のリアクティブエッチング装置である。
【００２３】
次に、本発明の請求項５に係る発明は、
前記基材と対向する電極が電気的にアース接地されていることを特徴とする請求項３又は４記載のリアクティブエッチング装置である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明のリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）装置のクリーニング方法およびリアクティブエッチング装置は、大気開放せず、エッチングプロセスの安定には欠かせない電極表面を容易にプラズマでクリーニングすることができる。
【００２５】
本発明のリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）装置のクリーニング方法およびリアクティブエッチング装置は、電極のクリーニング作業に要する間接時間が著しく短縮される。そして、リアクティブエッチング装置の利用効率を大幅に高めることができる。
【００２６】
本発明のリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）装置のクリーニング方法およびリアクティブエッチング装置は、クリーニング時に電極を外す必要がないため、組付け時に生じる系のインピーダンスの変化など、プロセスに与える影響を無視できる。そして、プロセスの信頼性が向上する。
【００２７】
本発明のリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）装置のクリーニング方法およびリアクティブエッチング装置は、手作業により電極が汚れることがない。また、クリーニング作業自体も楽になり自動的に行われるため、作業者の負担が軽減される。
【００２８】
本発明のリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）装置のクリーニング方法およびリアクティブエッチング装置は、チャンバを開放しないために、有毒物質が飛散することがない。そして、作業環境を良好に保てる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明のリアクティブイオンエッチング装置のクリーニング方法およびリアクティブエッチング装置を実施の形態に沿って以下に図面を参照にしながら詳細に説明する。
【００３０】
図１は本発明のリアクティブエッチング装置のエッチング処理を行う際の概略を説明するための概略図である。また、図２は本発明のリアクティブエッチング装置のクリーニング時における電極周辺の概略を示す概略図である。
【００３１】
図１および図２に示す部分は当然ながら真空チャンバ内に形成されている。図１に示すように、二つの対向電極０１、０２の間にガスを導入し、高周波電源０４から電力を印加する。そして、プラズマが発生する。
【００３２】
この時、プラズマ負荷に直接に接続されているブロッキングコンデンサ０３により電極０１は直流的には浮遊状態になる。そして、電位Ｖｓが生じ、接地された電極０２に向かってイオン電流が流入する。
【００３３】
いま、正イオンによる電流密度が一様で、二つの対向電極０１、０２において等しい。また、正イオンはグロー領域から非弾性衝突をせずに暗部を通り抜ける。そして、暗部の静電容量は電極０１、０２の面積に比例する。さらに、暗部の厚みの逆数に比例するとした場合、イオン電流密度はＬａｍｇｍｕｉｒ−Ｃｈｉｌｄの式、
Ｊ+＝１／（９π）×２ｅ／ｍ+）1/2×（Ｖ3/2／ｄ2）・・・・・・・（１）
で与えられる。
【００３４】
上記、ｅは電荷、ｍ＋はイオンの質量、Ｖはプラズマと電極０１、あるいは０２の間の電位差、ｄは暗部の厚みである。
【００３５】
したがって、プラズマと電極０１の間の電位差をＶ1、プラズマと電極０２の間の電位差をＶ2、電極０１近傍での暗部の厚みをｄ1、電極０２近傍での暗部の厚みをｄ2とすると、
Ｖ13/2／ｄ12＝Ｖ23/2／ｄ22・・・・・・・（２）
が得られる。
【００３６】
また、基材と対向する下部電極０１および基材が配置された電極０２近傍の両暗部の静電容量をＣ０１、Ｃ０２、両電極面積をそれぞれＳ０１、Ｓ０２で表すと、
Ｃ０１／Ｃ０２＝（Ｓ０１／Ｓ０２）×（ｄ2／ｄ1）・・・・・・・（３）
となることから、式（２）、（３）より、
Ｖ1 ／Ｖ2＝（Ｓ０２／Ｓ０１）4・・・・・・・（４）
が得られる。
【００３７】
上記の式は、電極面積の比率によってプラズマと電極間の電位差が大きく異なり、対向する２つの電極０１、０２の面積比をコントロールすることで、イオンの照射エネルギーが大きく変化することを意味している。
【００３８】
例えば、Ｓ０１＞Ｓ０２の場合、接地されている電極０２に基材１０を密着させることにより、イオンが接地電位に向かって図３に示すようなプラズマ電位Ｖｓから加速され基材をエッチング処理することができる。
【００３９】
一方、Ｓ０１＜Ｓ０２の場合、プラズマ電位は小さくなる。そして、電極０２側にも微量なイオンエネルギーが照射されるが、電極０１近傍には、イオンと電子の移動度の違いにより、図４に示すような設置電位に対して負の自己バイアス電圧Ｖｂが発生する。
【００４０】
この電圧は電極近傍のシース部に生じ、この負の電圧に引きつけられてイオンが電極に衝突し、電極表面をスパッタする。
【００４１】
本発明は、これらの理論に基づき考案されたものであり、二つの対向電極間の距離を変えることにより、電極０１、Ｓ０２面積Ｓの比率を大きく変化させることで、基材にイオンを照射させるエネルギーを得たり、イオンにより基材に起因した電極０１に付着した物質をクリーニングさせることができる。
【００４２】
次に、シリンダーなどからなる昇降方法０５および位置調整機構０６が取りつけられた電極０１をクリーニングするには、電極０１、０２の間隙を広げることにより達成できる。
【００４３】
この時、電極０１の対向電極は、電極０２および電極近傍に接地電位により配置された隔壁０７となる。対向となる電極面積は隔壁０７だけ広くなることから、電極０１の面積に比べ、対向となる電極面積が大きくなり、電極０１周辺には負の自己バイアス電圧が生じる。
【００４４】
これにより、電極０１の周辺にイオンが照射され、電極０１をクリーニングすることができる。この方法を用いることで、基材をエッチング中に電極周辺での異常放電が発生し
た場合においても、大気開放することなく真空中で、電極間の距離を昇降させることができる。そして、セルフクリーニングすることができる。
【００４５】
また、電極周辺に導入するガス種としては、エッチング時では基材を洗浄すると同時に官能基を付与するために、窒素や酸素およびＣＦ4やＳＦ6、ＢＣl3、Ｃｌ2などのハロゲンを含む反応ガスが選択される。
【００４６】
そして、クリーニング時には反応ガスにより電極が酸化や窒化などの反応を抑制するためにアルゴンやヘリウムなどの不活性ガスを用い、ガスによる電極汚染を防止する。
【００４７】
上記方法を用いることで、クリーニング時に真空チャンバを大気開放する必要がなくなり、作業効率が著しく向上する。また、シーケンスによる回路を組むことで、一定時間エッチング修了後に、自動洗浄を行なうことが出来る。そして、作業者の負担を軽減することができる。
【実施例】
【００４８】
以下に、本発明の実施例について具体的に説明するが、それに限定されるものではない。
【００４９】
＜実施例１＞
真空中に基材の一部が巻装された対向電極０２と表面がクロムメッキ処理され、表面粗さが２００ｓ以下の電極０１を備え、さらに、高周波電源０４およびブロッキングコンデンサからなる整合回路０５を電極０１に直列に設け、１３．５６ＭＨｚ、３００Ｗの高周波電力を印加した。そして、電極０１、０２とシールド０６から構成される空間に酸素ガスを１０００ｓｃｃｍ導入しプラズマを発生させた。
【００５０】
この時の真空装置内の圧力は２Ｐａであり、プラズマ電位（電極０１の電位）Ｖｓは６００±１０Ｖである。また、電極０１、０２の表面積をそれぞれ１００ｃｍ2、５０ｃｍ2とし、上述の条件にて所定の時間、ポリプロピレンフィルム基材に対しエッチング処理を行った。また、電極０１、０２は共に２０℃にて水冷管理されている。
【００５１】
そして、一定期間放電を継続した後、真空装置を大気開放して電極の汚れ具合を目視したところ、電極表面が茶褐色になっていることを確認し、再度真空排気を行った。
【００５２】
そして、チャンバ内圧力が０．１Ｐａレンジまで排気したことを確認した後、昇降装置０５で隔壁０７の面積が約１５０ｃｍ2になるように電極間の距離を４ｍｍから３０ｍｍまで広げ、アルゴンガスを１０００ｓｃｃｍ導入して高周波電力を印加してプラズマを発生させた。
【００５３】
この状態で約１０分間放電を行った後、大気開放して電極０１を目視したところ、電極に付着していた付着物の一部が帯電などにより粉状となって壁近辺に堆積していた。そして、電極０１に付着していた汚染物質が電極０１から削り取られていることが確認された。
【００５４】
＜比較例１＞
電極表面を表面粗さＲｍａｘ＝１０００ｓとし、電極表面をアルミニウムとした以外は実施例１と同じ手法によりエッチング処理および電極のクリーニング作業を行なった。
【００５５】
＜比較例２＞
電極表面を表面粗さＲｍａｘ＝１００ｓとし、電極表面をアルミニウムとした以外は実
施例１と同じ手法によりエッチング処理および電極のクリーニング作業を実施した。
【００５６】
＜比較例３＞
電極表面をクロムメッキ処理した後に、表面を鑢にて削り、表面粗さを１０００ｓ程度にした以外は実施例１と同じ手法によりエッチング処理および電極の洗浄作業を行なった。
【００５７】
＜評価方法＞
上記、実施例１および比較例１〜３のクリーニング作業を行なった後、電極０１の表面を目視で評価した。（Ｓ：完全に洗浄。Ａ：粉が付着。Ｂ：電極が茶褐色のまま）。その結果を表１に示す。
【００５８】
【表１】
2007265727.tif 000003
表１は目視による官能評価の結果を記す。
【００５９】
また、実施例１および比較例１〜３のクリーニング作業を行なった後、洗浄前後でのプラズマ電位Ｖｓおよび洗浄時間を計測した。その結果を表２に示す。
【００６０】
【表２】
2007265727.tif 000004
洗浄前後でのプラズマ電位Ｖｓおよび洗浄時間を計測した結果を記す。
【００６１】
＜評価結果＞
表１に示すように、電極の材質による差異はあまり見られないが、電極表面をスパッタされにくい材質を選ぶことが、電極の寿命に重要であると考えられる。このため、クロムやタングステンなどのスパッタ率が少ない電極を選ぶのがより好適とされる。
【００６２】
これは、洗浄時に高周波電源から印加される電圧を大きくしても電極がスパッタされないメリットがある。
【００６３】
また、表２に示すように、プラズマ電位の計測結果から、組付け洗浄前後でのバイアス電位のふら付きは、真空洗浄のそれよりも大きい。このことから、組付時に発生する機械的な組付け誤差が影響を与えているものと推察される。
【００６４】
また、クリーニング所要時間については大幅な改善効果があり、真空洗浄時では表面粗さを極力小さくしたほうが望ましい。このことから、ブラスト処理などで表面を傷つける洗浄手法よりもプラズマによる真空洗浄の方がより優れていることが示された。
【００６５】
さらに、クリーニング修了時に、電極周りに堆積している塵埃を除去するには、排気作業を一旦停止させた後に、アルゴンガスを２０００ｓｃｃｍ、５分間程度導入させたのち、再度真空排気作業を行なうことで、効果的に塵埃が真空ポンプにより引き込まれる工夫を施すことにより、大気開放せずに塵埃を電極周辺から取り除き、プロセス環境を得ることが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明のリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）装置のクリーニング方法およびリアクティブエッチング装置は大気開放せず電極表面等を容易にクリーニングすることができる該装置として優れていることはもとより、効率良く、短時間で、安定して電極表面等をクリーニングすることができる。そしてプロセスの信頼性を向上することを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明のリアクティブエッチング装置のエッチング処理を行う際の概略を説明するための概略図である。
【図２】本発明のリアクティブエッチング装置のクリーニング時における電極周辺の概略を示す概略図である。
【図３】本発明のリアクティブエッチング装置の作用を説明するための説明図である。
【図４】本発明のリアクティブエッチング装置の作用を説明するための説明図である。
【図５】従来のプラズマ装置のクリーニング方法を説明するための概略図である。
【符号の説明】
【００６８】
１…電極
２…電極
３…ブロッキングコンデンサ（整流回路）
４…高周波電源
５…昇降機構
６…調芯機構
７…隔壁
１０…基材
２０…電圧計
【図１】
2007265727.tif 000005
【図２】
2007265727.tif 000006
【図３】
2007265727.tif 000007
【図４】
2007265727.tif 000008
【図５】
2007265727.tif 000009